Whole-life carbon emissions and material demand in the Swedish building stock: an archetype-based stock dynamics assessment

Jedes Gebäude, in dem wir leben und arbeiten, erzählt die Geschichte von zwei verschiedenen Arten von Energie. Die eine ist die Energie, die wir nutzen, um das Licht anzuschalten und die Räume warm zu halten – die Energie, die jeden Tag durch die Wände fließt. Die andere ist die Energie, die aufgewendet wurde, um das Gebäude überhaupt erst entstehen zu lassen. Diese zweite Art, die oft als gebundene Energie bezeichnet wird, stammt aus dem Abbau von Rohstoffen, der Herstellung von Zement und Stahl sowie den schweren Maschinen, die diese an ihren Platz heben. Jahrzehntelang lag der Fokus der Klimaschutzmaßnahmen im Bauwesen fast ausschließlich auf der ersten Art: Gebäude effizienter zu machen, damit sie weniger Brennstoff verbrauchen, während sie stehen. Doch da Gebäude immer besser isoliert und sauberer im Betrieb werden, wird die in den Materialien selbst verborgene Energie zu einem immer größeren Teil der Geschichte. In Ländern wie Schweden, in denen die Heizsysteme bereits sauberer werden, ist der CO2-Fußabdruck von Beton und Stahl in den Wänden mittlerweile die dominante Emissionsquelle.

Um zu verstehen, wie man dies lösen kann, müssen Forscher in der Lage sein, den gesamten nationalen Gebäudebestand nicht als eine Sammlung einzelner Häuser, sondern als ein einziges, sich wandelndes System zu betrachten. Sie müssen genau wissen, welche Materialien im Boden stecken, wie viel davon gerade verwendet wird und wie sich diese Zahlen ändern werden, wenn die Bevölkerung wächst oder schrumpft. Dies ist die Herausforderung, der sich ein Team von Forschern schwedischer Umweltinstitute und Universitäten gestellt hat. Sie entwickelten ein detailliertes digitales Modell des gesamten schwedischen Bausektors, das alles verfolgt – von Einfamilienhäusern bis hin zu massiven Bürokomplexen – und projizierte, wie sich der Bedarf an Materialien und die daraus resultierenden CO2-Emissionen von heute bis zur Mitte des Jahrhunderts entwickeln würden. Ihr Ziel war es zu sehen, ob die aktuellen Pläne zur Begrünung der Bauindustrie ausreichen, um die Klimaziele des Landes zu erreichen, oder ob etwas Radikaleres nötig ist.

Die Forscher begannen mit der Erstellung einer Bibliothek von „Archetypen“, die im Wesentlichen repräsentative Modelle für jeden Gebäudetyp in Schweden darstellen. Anstatt zu versuchen, jedes einzelne Haus zu messen, gruppierten sie die Gebäude nach Alter, Größe, Standort und Materialbeschaffenheit. Für bestehende Gebäude untersuchten sie, wie viel Energie sie für Heizung und Kühlung verbrauchten. Für Neubauten gingen sie tiefer und berechneten exakt, wie viel Beton, Stahl, Holz und Isolierung in jeden Quadratmeter Grundfläche einfließt. Sie fanden heraus, dass Beton der Schwergewicht im Bauwesen ist. In einem typischen Mehrfamilienhaus ist die Menge an verwendetem Beton so gewaltig, dass sie alle anderen Materialien kombiniert übertrifft. In Einfamilienhäusern, in denen Holzrahmenbauweise üblich ist, wird dennoch doppelt so viel Beton nach Gewicht wie Holz verwendet, hauptsächlich für das Fundament und die Bodenplatte. Bei Nichtwohngebäuden wie Büros und Schulen spielt Stahl eine viel größere Rolle, insbesondere in den Rahmen und Stützen.

Mit diesem detaillierten Bild der Gegenwart führten die Forscher Simulationen durch, um zu sehen, was die Zukunft bringen könnte. Sie testeten verschiedene Pfade. Ein Pfad war das „Business-as-usual“-Szenario, bei dem der Bau wie heute weitergeht, mit nur langsamen, natürlichen Verbesserungen der Technologie. Die anderen Pfade waren aggressiver und kombinierten Veränderungen in der Art und Weise, wie Materialien hergestellt werden, mit Änderungen in deren Verwendung. Einige Szenarien konzentrierten sich darauf, die Fabriken, die Zement und Stahl produzieren, zu säubern, etwa durch den Einsatz von Carbon-Capture-Technologie oder den Wechsel zu Elektrizität und Biokraftstoffen. Andere konzentrierten sich darauf, von vornherein weniger Material zu verwenden, indem Gebäude entworfen werden, die weniger Beton benötigen, oder indem schwere Materialien durch leichtere, erneuerbare Stoffe wie Holz ersetzt werden.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Bedarf an Beton hartnäckig hoch bleiben wird, sofern keine spezifischen Maßnahmen ergriffen werden, auch wenn die gesamte Bautätigkeit nachlassen könnte. Selbst in den optimistischsten Szenarien bleibt Beton das am häufigsten verwendete Material. Die Studie fand jedoch heraus, dass die Art und Weise, wie wir diese Materialien produzieren und verwenden, einen massiven Unterschied für das Klima macht. Wenn die Industrie einfach auf ihrem aktuellen Kurs bleibt, werden die Emissionen beim Bauen zwar sinken, aber nur langsam. Wenn der Sektor jedoch sowohl sauberere Produktionsmethoden als auch ein intelligenteres Design kombiniert, das weniger Material verbraucht, könnten die Emissionen bei Neubauten bis zum Jahr 2045 um mehr als 90 Prozent gesenkt werden.

Diese Reduktion ist beeindruckend, doch die Forscher entdeckten einen entscheidenden Haken. Selbst wenn die Seite der Bauausführung gelöst ist, wird der Gebäudesektor als Ganzes nicht den Zustand der Netto-Null-Emissionen erreichen. Der Grund ist, dass die Emissionen aus der Energie, die für die Beheizung und Kühlung der Gebäude über deren gesamte Lebensdauer aufgewendet wird, immer noch signifikant sind. Die Studie zeigte, dass ein Rückgang der Bauemissionen um 90 % bis 2045 zwar erreichbar ist, dies aber noch nicht zu Klimaneutralität führt. Um echte Neutralität zu erreichen, muss die Industrie beide Seiten des Problems gleichzeitig angehen: die Materialien sauberer zu machen und weniger von ihnen zu verwenden, während gleichzeitig sichergestellt werden muss, dass die Energie, die die Gebäude antreibt, völlig frei von fossilen Brennstoffen ist. Der effektivste Weg nach vorne ist laut ihren Simulationen eine Kombination aus der Elektrifizierung der industriellen Produktion und einem aggressiven Entwurf von Gebäuden, die weniger Ressourcen verbrauchen.

Die Forscher untersuchten auch, wo die größten Chancen liegen. Sie fanden heraus, dass die Bodenplatten und Wände von Mehrfamilienhäusern die größten Verbraucher von Beton sind, was darauf hindeutet, dass die Änderung der Bauweise dieser spezifischen Teile die größten Einsparungen bringen könnte. Sie merkten an, dass die Technologie zwar existiert, um diese Änderungen umzusetzen, die eigentliche Barriere jedoch oft in der Arbeitsweise der Branche liegt. Entscheidungen darüber, was gebaut wird und wie es gebaut wird, werden oft in Silos getroffen, wobei Architekten, Ingenieure und Bauunternehmer nicht früh genug zusammenarbeiten, um die effizientesten Lösungen zu finden. Die Studie legt nahe, dass das Erreichen dieser Klimaziele einen kulturellen Wandel erfordert, bei dem die gesamte Wertschöpfungskette zusammenarbeitet, um bereits bei der ersten Skizze eines Gebäudes auf geringere Kohlenstoffwerte zu priorisieren.

Letztendlich zeichnet das Papier ein klares Bild eines Sektors, der an der Schwelle zu einer notwendigen Transformation steht. Die Werkzeuge, um den CO2-Fußabdruck schwedischer Gebäude drastisch zu reduzieren, sind bereits vorhanden. Die Simulationen zeigen, dass eine Reduktion der Bauemissionen um 90 Prozent technisch möglich ist. Die Studie kommt jedoch zu dem Schluss, dass diese Werkzeuge allein nicht ausreichen, um das gesamte Klimarätsel für den Gebäudesektor zu lösen. Ohne tiefgreifendere Veränderungen im Konsumverhalten und eine gleichzeitige Dekarbonisierung des Energiesystems, das unsere Häuser versorgt, wird das Ziel eines vollständig klimaneutralen Gebäudebestands unerreichbar bleiben. Der Weg nach vorne erfordert nicht nur bessere Technologie, sondern eine koordinierte Anstrengung, weniger Material zu verwenden, smarter zu bauen und unser Leben mit sauberer Energie zu betreiben.